Dipole im elektrischen und magnetischen Feld

Versuche und Beispiele

Ein Magnet geht baden (Eisenspäne-Versuche)

Aufbau

• Einen Scheibenmagnet in viele kleine Eisenteile, wie Nägel eintauchen.
• Stabmagnete in Eisenspäne tauchen und verschiedene Pole einander nähern.

Beobachtung

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  Ein "eingetauchtes" Stück Magnetit.

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  Magnetit mit Eisenfeilspäne und Kompass.

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  Um die Nordpolladung entsteht ein "Eisenigel".

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  Zwei Nordpole

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  Nord- und Südpol

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  Ein Stabmagnet

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  Nord- und Südpol

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  Zwei Nordpole

Grießkörnchen-Versuche

Aufbau

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Handelsüblicher Grieß und Rizinusöl werden in eine Petrischale gegeben. Verschieden geformte Elektroden werden in die Grieß-Öl-Mischung eingetaucht und an einem Hochspannungsgenerator (<12kV) angeschlossenen. Dann wird der Generator eingeschaltet (Vorsicht!).

Beobachtung

Die einzelnen Grießkörner ordnen sich nach und nach auf bestimmten Linien an. Die Linien sind je nach Elektrodenform und Spannung unterschiedlich. Teilweise werden die Körnchen zu den geladenen Polen gezogen, wodurch sich die "Grießlinien" verschieben.

Die Linien treffen fast immer senkrecht auf die Ränder der Elektroden auf. Auffallend ist auch die enorme Ansammlung an "Linienenden" an der Spitze der Elektrode.

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  Schale auf dem Tageslichtprojektor

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  Ein Dipol

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  Kondensator

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  Zentralfeld

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  Spitze

Erklärung

Durch die extrem hohe Spannung entstehen auch ein starkes elektrisches Feld. Durch diese werden die Grießkörner zu Dipolen influenziert, negative und positive Teile richten sich parallel zu den Feldlinien aus und "kleben" aneinander. Die Grießkörner "zeichnen" uns so einzelne Feldlinien. Versuch 1-3 sind die uns bisher geläufigen Feldtypen Dipolfeld, homogenes Feld und Zentralfeld (eigtl. nur eine Quelle/Senke).

Interessant ist Versuch 4, eine Art Dipolfeld bei dem der eine Pol eine tropfenähnliche Form hat. Die elektrischen Ladungen der Elektrode werden durch das Feld in die Spitze verschoben, wodurch in unmittelbarer Nähe die größte Feldstärke ist. Dies erklärt auch, warum so viele Grießkörner dorthin gezogen werden (Dipole werden zu Orten großer Feldstärke hingezogen).

Am homogenen Feld ist gut zu zeigen, dass die Kraftrichtung auf den Dipol nicht immer in Zusammenhang mit den Feldlinien stehen muss. Direkt zwischen den Elektroden wirkt keine Kraft auf die Dipole, außerhalb ist sie senkrecht zu den (nicht geraden) Feldlinien. Bei Erhöhung der Spannung werden die Feldstärken erhöht, die äußeren Linien werden "gerader" und nähern sich den Feldlinien direkt zwischen den Polen auch örtlich gesehen an (->die Kraft auf den Außenbahnen wirkt nach innen).

Auch zu den Feldlinien nicht-parallele und -orthogonale Kraftverläufe sind natürlich möglich.

Ein Kompass

Aufbau

Kompassnadel und kardanisch gelagerten Magnet in ein Feld bringen.

Viele Kompasse

Aufbau

Man legt einen oder zwei Stabmagnete auf eine "Kompassmatrix".

Beobachtung

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Ein "elektrischer Kompass"

Aufbau

Eine Hantel im Kondensator

Beobachtung

Videos der Uni Würzburg aus dem Videoarchiv.

• Ein Dipol im homogenen elektrischen Feld eines Plattenkondensators.
• Ein Dipol im inhomogenen elektrischen Feld.

Ein starker Magnet

Aufbau

Nägel in der Nähe eines starken Hornmagneten. "Drankleben" oder mit einem (!) Finger im Gleichgewicht halten

Beobachtung

Nägel drehen sich und werden zum "stärkeren Teil des Feldes" gezogen

Ein frei schwimmender Kompass

Aufbau

a) Wie bei dem schwimmenden Magneten, aber der Magnet ist kürzer und die Verbindungslinie zwischen Nord- und Südpol ist diesmal parallel zur Wasseroberfläche.

b) Man verwendet einen kleinen Nagel statt dem Magneten.

Ergebnisse

• Influenz
• Ausrichtung Parallel zur Feldlinienrichtung (Kraftrichtung auf Monopol)
• In Richtung des stärkeren Feldes
  • Starke Anziehung bei großer Feldstärke-Änderung